Шляхи регуляції теплообміну в рослин і тварин. Пойкілотермія і гомойотермія. Холоднокровні і теплокровні тварини

Шляхи регуляції теплообміну в рослин

У рослин виділяють такі шляхи регуляції теплообміну:

1. Морфологічний шлях:
   • опушеність (наявність трихом);
   • глянцуватість;
   • видозмінення листя;
   • подушечні рослини (бруньки ближче притиснуті до землі й краще захищені від низьких температур);
   • хвойні, що мають потовщену кору, яка дозволяє їм до певної міри витримувати лісову пожежу.
2. Біохімічний шлях:
   • зменшується або збільшується активність ферментів,
   • швидкість хімічних реакцій,
   • обмін речовин.
3. Фізіологічний шлях:
   • транспірація (при інтенсивній транспірації вода швидко випаровується, температура знижується на 4-6 і навіть 10-15°С);
   • уповільнене утворення льоду в тканинах внаслідок підвищення концентрації клітинного соку та за рахунок здатності води до переохолодження (за умови зниження температури нижче 0°С лід не утворюється, раптово відбувається підвищення температури, оскільки під час кристалізації льоду звільнюється теплота).

Рослини стосовно до умов крайнього дефіциту тепла поділяються на такі екологічні групи:

1. Теплолюбиві — сильно пошкоджуються за низьких позитивних температур (вище 0°С до +8°С). Причини: порушення обміну нуклеїнових кислот, порушення проникливості мембран, припинення відтоку асимілятів. Приклад: тропічні ліси, деякі водорості, деякі гриби.
2. Холодостійкі — переносять низькі температури, але гинуть, як тільки в тканинах утворюється льод. У цих рослин концентрація речовин у клітинному соку підвищується. Це знижує поріг замерзання. До -5°С — -7°С лід не утворюється. Ці рослини здатні переносити короткочасні заморозки. Приклад: субтропічні та середземноморські ліси.
3. Морозостійкі (льодостійкі). У холодну пору року ці рослини переносять позаклітинне замерзання води й зневоднення. У них до кінця вегетаційного періоду відбувається накопичення вуглеводів, амінокислот, гідрофільних білків, солей. Це знижує температуру замерзання, оскільки зв'язується вода.

Стійкість різних органів рослин до низьких температур різна. Найбільш чутливі до холоду репродуктивні органи, на другому місці за сприятливістю до холоду стоять підземні органи й коренева шийка. Найбільш стійкі до холоду з вегетативних органів — пагін, з тканин — камбій.

Рослини не тільки різних видів, але й навіть особини одного виду мають різну стійкість до холоду та жари. Це є основою для селекції.

Специфіка температурного обміну в тварин

Тварини мають високу ступінь метаболізму. Це потребує багато кисню. У процесі дихання виділяється енергія. На відміну від рослин тварини мають мускулатуру. Вони виробляють багато власного внутрішнього тепла.

Під час скорочення м'язів звільнюється багато енергії, більше, ніж під час функціонування інших тканин. Тварини порівняно з рослинами мають більш різноманітні можливості регулювати температуру свого тіла. На відміну від рослин у тварин спостерігаються три типи теплообміну:

• пойкілотермія (холоднокровні);
• гомойотермія (теплокровні);
• гетеротермія (проміжний тип): у активному стані підтримується відносно стала температура, в неактивному — температура тіла мало відрізняється від температури навколишнього середовища.

Ефективні температури для розвитку пойкілотермних тварин

У пойкілотермних тварин і рослин швидкість росту й розвитку залежить від температури.

Наприклад: розвиток ікри форелі починається при температурі 0°С. За температури +2°С на розвиток ікри піде 205 днів; за +5°С — 82 дні; за +10°С — 41 день. Якщо помножити температуру на кількість днів, то ми отримаємо одну і ту ж величину — 410:

Позначимо через С температуру, нижче якої швидкість розвитку дорівнює нулю. Це поріг розвитку. Т — температура навколишнього середовища; N — число днів або годин з температурою, що перевищує поріг розвитку; S — константа або сума ефективних температур:

Під ефективною температурою розуміють різницю між температурою навколишнього середовища й порогом розвитку. Для того, щоб організм здійснив свій розвиток, йому необхідно отримати певну кількість тепла, певну суму ефективних температур.

Знаючи формулу, можна передбачити число поколінь, що утворюються залежно від температури, а також прогнозувати появу окремої фази або число генерацій якогось виду. Для колорадського жука нулем розвитку є температура +12°С. За температури навколишнього середовища +25°С розвиток від яйця до дорослої форми продовжується 14-15 днів, а за температури +30°С — 5,5 днів. За температури +33°С розвиток зупиняється. Температурним порогом для початку вегетації в рослин помірної зони є середньодобова температура +5°С; для культурних рослин — +10°С; для теплолюбивих рослин — +15°С. Так, мати-й-мачуха зацвітає під Санкт-Петербургом при сумі ефективних температур 77°С, а карагана деревовидна — при 700°С

Шляхи регуляції температури тіла в тварин

Хімічна терморегуляція в тварин (табл. 1) здійснюється рефлекторним шляхом і зумовлена проходженням інтенсивних окислювально-відновних реакцій. Зміна температури сприймається рецепторами, від яких подразнення передається в центральну нервову систему. Величина тепловіддачі пов'язана з кількістю кисню, що поглинається.

Фізична терморегуляція — це здатність стримувати або розсіювати тепло. Вона зумовлена морфологічними й фізіологічними особливостями будови організму, а саме: забарвленням, волосяним покривом, покривом з пір'я, жировими, потовими залозами, особливостями будови кровоносної системи.

Етологічні адаптації. Для багатьох тварин поведінка є єдиним і дуже ефективним засобом підтримання теплового балансу. Наприклад: клопи-солдатики збираються в пошуках тепла на ділянках, добре прогрітих сонцем; тварини ховаються від холоду або спеки. Рудий мурашка затикає на ніч вхідний отвір у своєму гнізді сосновими голками. При цьому температура гнізда підтримується на рівні +23-29°С.